杨氏双缝干涉实验如何保证光子的初始相位相同?
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level 13
Fugue🍀
楼主
本人理论物理理学学士,在光学和量子力学课程中都学过波的叠加以及计算波程差,来解释双缝干涉。
但是我觉得用量子力学解释双缝干涉没问题,但如果用光学来解释,有一个bug:
托马斯杨当时用的太阳光和一个滤光片来做成波长相同的干涉光没问题,但怎么保证初始相位是相同的呢?(或者说通过双缝、或者小孔的时候,具有相同的相位呢?)
如果初始相位是随机的,那么到达光屏时光的相位就也是随机的,相干增强还是减弱就没办法确定。
所以我觉得光学是解释不了双缝干涉实验的,必须用量子力学才能解释。量子力学认为是一个粒子自己和自己干涉,就没有初始相位不同的问题了。
2023年05月09日 08点05分
1
level 5
tvkel
来自同一个光源,自然初相一样
2023年05月09日 10点05分
2
tvkel
在光源上当然是不行的。但是传播一段距离后,不同原子发出来的光就会混合在一起,相关度就有了。所以说,传播可以改善光的相干性。距离光源越远,光的相干性越好
2023年05月10日 00点05分
Fugue🍀
但来自不同的原子的能级跃迁,初始光程不一样呀,经过小孔时的相位就是随机的
2023年05月09日 22点05分
tvkel
这涉及到光的空间相干性了。只要两个光场的相关度不是零,就可以干涉的。
2023年05月09日 23点05分
Fugue🍀
@tvkel
但这不同跃迁原子的光程差,足以差几个波长了,相当于相关性就几乎为0了。
2023年05月09日 23点05分
level 9
赈早见琥珀川8
把发出的光想象成一个个的波列。一个波列和自己叠加。
2023年05月09日 23点05分
3
Fugue🍀
但光学的解释是两个光子之间的叠加,不仅仅是一列波。
2023年05月10日 06点05分
Fugue🍀
或者说,要先证明是固定的相位,才能想象成整齐的波列
2023年05月10日 06点05分
赈早见琥珀川8
波列不需要整齐划一的。每个波列只需要跟自己干涉就好了。
2023年05月10日 16点05分
Fugue🍀
你这涉及量子解释啊
如果是量子解释我没问题,只是在托马斯杨的年代,还没量子力学。在光屏中,由于光程差,前面的波跟后面的波叠加。比如水波,比如只有一个波或者少量的波,是没有干涉条纹的呀。这就需要很多波并有稳定的波长和相位变化。而这些波是从不同的原子激发出来的,就算是烛光或太阳,他的
2023年05月10日 18点05分
level 8
贴吧用户_0abC3MW
不管是增强还是减弱都已经达成目的。
2023年05月10日 00点05分
4
Fugue🍀
真实的实验肯定是用量子力学来解释的,只是觉得,当时托马斯杨的时代,就没人质疑这个相位的问题么?
2023年05月10日 06点05分
level 13
你问我就对了
楼主是高中数学没学好
相位不同的波加起来还是一个某相位的波。
2023年05月10日 01点05分
5
幻影_HY
如果相位差180º叠加就是0
2023年05月10日 03点05分
Fugue🍀
但是是相位差不确定,打在光屏上是增强还是减弱就不确定
2023年05月10日 06点05分
Fugue🍀
@幻影_HY
比如在光屏中央的C点是亮斑,相位差为0。这是因为双缝到C的光程一样,相位差也一样。 但如果光是从不同的两个原子激发出来的,那他们到小孔的光程不同,此时就产生相位差了。他们再到达双缝后,C点的相位差就不一定是0了。
2023年05月10日 07点05分
你问我就对了
@Fugue🍀
因为叠加作用,你可以想成是单一光源。
2023年05月10日 10点05分
level 11
RobbieC
双缝干涉对比度随着光程差增大而减小,超过相干长度以后相位完全随机无法干涉,这一点经典波动光学和量子光学的结论是一样的
2023年05月10日 01点05分
6
level 11
苏打红茶♬
太阳(无数相位)→单孔(确定某个相位)→双孔(同一光源初相位相同开始干涉)。
麻烦物理学士有疑问之前先弄清楚这个实验的装置,以及每个装置的用途及原理。
2023年05月10日 01点05分
7
Fugue🍀
是的,这点没问题。但是太阳上不同的原子到单缝(或到双缝)的光程不一样,就没办法在单孔确定某个相位。 我已经在知网上查阅了大量文献了。实验装置及之后的改进我都很清楚了。但可能我学力不足,对我这个问题没有看到文献的解释。
2023年05月10日 06点05分
苏打红茶♬
@Fugue🍀
我是这样理解的——太阳比做一个加特林,某一时刻会发出无数子弹(光子),单孔某个时刻只能通过一个子弹(光子),因为只有一个,所以无论这个子弹(光子)经过后面的双缝无论是缝A还是缝B或者都经过,都是这一个子弹(光子)。 既然是同一个,所以初相位相同。
2023年05月10日 10点05分
Fugue🍀
可是,他不是加特林呀,并且这个枪管有的长有的短,虽然枪口是固定的,但子弹到枪口的距离却不一样。毕竟可见光只有几百纳米,稍微错一点可就错几个相位了。
2023年05月10日 10点05分
level 1
Nipori♂
你知道双缝干涉是怎么做的吗?得在两个缝隙之前还得有个单缝。有了这个单缝,你相位上再随机每一时刻的干涉条纹也是那个样子的
2023年05月10日 03点05分
8
Nipori♂
@Fugue🍀
那么,光波就没有论个的。即使我们说两个光脉冲,它也总是电磁场。更何况,在实际做实验中,我们用的是持续的光源。根本没有光脉冲,都是经典电磁场。
2023年05月10日 18点05分
Nipori♂
@Fugue🍀
问题就在于这里,比如说1级亮纹的位置,从时间上来看是1个周期前小孔处的电磁场和1个周期后小孔处的电磁场要干涉。你认为相位是随机的所以干涉不了,但实际上随机性并没有那么大。
2023年05月11日 18点05分
Fugue🍀
单缝衍射会重置相位吗? 如果不会,那么光源有两个原子激发出两个光子A和B,它们到单缝的距离不一样,所以在单缝时的相位就是不确定或者说随机的。
2023年05月10日 06点05分
Nipori♂
@Fugue🍀
当你的光子数量足够小的时候,量子地来看,自己干涉自己。当然,这个时候屏幕上也是一系列小点,这个需要用到量子力学。
2023年05月10日 11点05分
level 1
水榭畔
一般书上都有解释双缝之前的单缝是干啥的吧。。。
2023年05月10日 06点05分
9
Fugue🍀
我看了文献上解释的都是点光源。也许我不知道,难道单缝有重置相位的作用?
2023年05月10日 06点05分
水榭畔
@Fugue🍀
从单缝出射的光,相因子都受到单缝的调制,从而相减=0,能够保证相位差稳定
2023年05月10日 06点05分
Fugue🍀
@水榭畔
这么神奇!可能我是学理论的,对应用不太了解,我没有搜到“单缝的调制”的资料,有没有相关文献我学习一下?
2023年05月10日 07点05分
水榭畔
@Fugue🍀
钟锡华的那本 现代光学基础 就有讲过这个
2023年05月10日 08点05分
level 13
Fugue🍀
楼主
我再详细解释一下哈
首先我忘了说了,我是诚心求教,不然我睡不着,我不是质疑之前的理论,只是我没想明白。
然后,相信我,无论是高中书上还是大学课本上的写的东西,我都看明白了。并且我还查了很多文献,但是没有找到解释这个问题的。
再然后,我定量一下:
①有不同的两个原子N1和N2,激发出两个光子A和B。这时候他们的初始相位是相同的。
②A和B都能通过滤光片,保证他们的偏振方向、波长是相等的。
③A和B经过小孔,N1和N2与小孔的光程为L1和L2。定义此时的相位为初始相位。
(我觉得L1和L2的相关性为0。)
④然后A和B经过小孔经过双缝后,到达光屏中心C点。
第一方面:实验表明,C点是亮斑,所以相位差为0。
另一方面,按照经典光学解释,因为L1与L2不相等且没有相关性,所以A和B从光源出发后在到达小孔时的相位就是不确定的,A和B的就会存在相位差了,导致再经过相同的光程、从小孔经由双缝到达光屏中央C点时,相位差不为0,也就不是亮斑。
以上两方面矛盾。
2023年05月10日 07点05分
10
level 9
落雨Rainfall
我国貌似没有“理论物理学学士”吧
2023年05月10日 08点05分
12
Fugue🍀
前面是区分专业的,后面是表明学力的。 如果只说理学学士,可能不是学物理的呢?如果只说理论物理,因为我研究生没学这个专业,可能有更深的研究我可能不太了解。所以,你理解就好。
2023年05月10日 08点05分
Fugue🍀
哦,可能是你漏看了个“理”字,两个“理”
2023年05月10日 08点05分
落雨Rainfall
@Fugue🍀
我的意思是,我国的本科专业貌似没有理论物理专业
2023年05月10日 08点05分
Fugue🍀
@落雨Rainfall
我明白你的意思了
我如果说物理学,那不是容易跟应用物理学搞混吗。。。
2023年05月10日 09点05分
level 7
aigo345
这个光学上明确有讲,再不济大物上也有,我记得是加一个单缝,好像是参考了惠更斯菲涅尔原理 不过具体忘干净了
可以去b站看看 上面有讲
2023年05月10日 08点05分
14
Fugue🍀
我又找了找书,放16楼了。 可能当时确实有讲吧
但是当时没注意,现在想问老师都找不到了。
2023年05月10日 09点05分
aigo345
@Fugue🍀
b站大物老师有讲,而且是特别强调,可以去看看
2023年05月10日 09点05分
Fugue🍀
@aigo345
B站视频太多了,知网文献我都看了一些了。所以有没有推荐的up主,我直接看他的。
2023年05月10日 09点05分
level 7
一晨歌一
来学习的,这个吧还是有人啊,之前一度以为是那啥
2023年05月10日 09点05分
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level 13
Fugue🍀
楼主
@水榭畔
您好,我找到钟锡华的那本《现代光学基础》第55-56页。
上面有说明φ10(P)和φ20(P)的表达,相减后将φ0(t)消掉。
但是,,,如果考虑光子是从两个不同的原子发出,(因为不同的发光原子到Q的距离不相等,)这两个Q点的φ0(t)不相同所以不能剪掉吧。
2023年05月10日 09点05分
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水榭畔
不管这个单缝前面的光是如何产生的,如何传播过来的,单缝以后的光都是以单缝为光源的。也就是说并不需要知道单缝前面的光的信息
2023年05月10日 11点05分
Fugue🍀
@水榭畔
但是小孔光源的震动是杂乱的,从这个小孔光源出来的波也是杂乱的。就像我用花洒喷一片水池,这些水波经由到一个小孔,衍射到更大的水域。由于这个小孔的震动是随机,小孔外面的衍射波也不能有固定的频率吧。
2023年05月10日 17点05分
魔人卡奥斯
@Fugue🍀
30cm以内小于波列长度,是同一原子发出,就不是一般光源而是理想单色光
2023年05月11日 16点05分
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